Путешествие к центру Земли: о чём расскажет глубочайшая подводная скважина

Сила, сдвигающая континенты

Земное нутро ближе, чем космические дали: примерно под таким девизом работают исследователи над проектом бурения земной коры до верхнего слоя мантии, которая занимает около 80% объёма планеты и весит чуть меньше 70% массы Земли. Пока всё, что было доступно учёным, — это небольшие фрагменты породы, которые случайно вынесло на поверхность, лава, остающаяся после извержения вулканов, и наблюдение за распространением сейсмических волн сквозь толщу Земли.

• © Open Walls

Протекающие в мантии процессы непосредственно влияют на поверхность планеты. Движение континентов и образование горных хребтов объясняются активностью мантии. Кроме того, под земной корой рождаются землетрясения и цунами, которые угрожают, в частности, Японии, являющейся инициатором проекта. Исследователи считают, что изучение мантии не только станет дорогой научной инициативой, но и принесёт практический результат.

«В Японии есть вулканы, происходят землетрясения и другие природные катастрофы. Хочется создать устройства для слежения за этими происшествиями и для их анализа. Но мы даже не знаем, какие учитывать факторы», — поясняет участник проекта из Японского агентства науки и технологии по изучению морского дна (JAMSTEC) Нацуэ Абе. 

Для эффективных прогнозов таких скважин нужно несколько, пока же нет ни одной. 

Увидеть мантию своими глазами 

Начало инициативе было положено ещё в 2003 году, а осенью 2017 года исследователи из Азии, Европы, Северной Америки и Австралии дадут старт новой стадии проекта по бурению скважины в земной коре в рамках международной программы по исследованию океана IODP. В её рамках исследователи изучат наиболее перспективное, по предварительным оценкам, место: дно Тихого океана неподалёку от Гавайских островов. Есть и две запасные локации. Одна из них находится у побережья Мексики, вторая — недалеко от Коста-Рики. 

Несмотря на наибольшую из трёх вариантов глубину — толща океана в выбранном месте у Гавайских островов составляет 4 км, — бурить тут придётся меньше. Толщина земной коры варьируется от 30 до 60 км на суше и от 4 до 7 км в океане. Исследователям придётся пробурить чуть меньше 6 км коры, после чего скважина, предположительно, углубится ещё примерно на километр в мантию.

Чтобы поднять из недр необходимые образцы, учёные придумали хитрый способ. В скважину будут заливать воду и под её давлением на поверхность, как ожидается, выбьет вещество, которое заполняет пространство между ядром и поверхностью Земли.

До глубинных слоёв мантии добраться, очевидно, не получится. Исследователи углубятся примерно до уровня так называемой границы Мохоровичича. Это открытый в 1909 году хорватским геологом Андреем Мохоровичичем условный слой, в котором меняется скорость распространения сейсмических волн, что может говорить об изменении химического состава и физических свойств вещества.

Кроме того, в процессе бурения исследователи смогут узнать, насколько глубоко в поверхности планеты существует жизнь. 

Ещё одна попытка 

К слову, геологи одновременно разочарованно (от нехватки необходимых знаний) и восхищённо (поскольку планета не перестаёт удивлять учёных) рассказывают: с каждым новым исследованием приходит понимание, что строение даже верхнего слоя Земли сложнее, чем казалось ранее. Чем глубже уходят новые скважины, тем больше новых подробностей о земной коре и её истории выясняют учёные. 

Так, масштабный российский проект по бурению — Кольская сверхглубокая скважина — преподносил сюрпризы один за другим.

• Кольская сверхглубокая скважина
• РИА Новости

Место для научного исследования глубин выбрали, поскольку в этом месте граница Мохоровичича находится близко к поверхности, однако добраться до неё так и не получилось. На глубине более 12 км работы свернули по техническим причинам. 

Однако за время бурения в 1970—1990 годах учёные узнали, что по мере погружения вглубь Земли температура растёт быстрее, чем предсказывали теоретические расчёты. К тому же было обнаружено, что в твёрдой породе на неожиданной глубине залегает руда относительно невысокой плотности: пробурив 2 километра, геологи обнаружили залежи медно-никелевых руд. Зато базальта — вулканической породы, которую ожидали извлечь с глубины около 5 км в соответствии с анализом сейсмических волн, — найти так и не удалось.

Другое научное исследование по изучению мантии (оно проходило в 1960-х годах и там речь шла уже о подводном бурении) тоже успехом не завершилось. Тогда за 5 лет бурения у острова Гуадалупе в рамках американского проекта «Мохол» (1961—1966) удалось пробурить скважину глубиной чуть больше 180 метров. Ожидаемых результатов «Мохол» не принёс, и конгресс США решил не продолжать финансирование проекта, на который уже было потрачено $50 млн. 

Нынешний проект на первый взгляд обещает быть более успешным. Первые пробы подводного бурения на большую глубину и предварительные исследования проводят при помощи двух судов: японского «Тикю» и американского JOIDES Resolution. Корабль «Тикю» уже продемонстрировал свои возможности: в 2012 году учёные пробурили скважину и извлекли образцы пород с глубины более 2 километров. 

• Буровое судно «Тикю»
• © www.jamstec.go.jp

Глубина, которую можно достичь при помощи JOIDES Resolution, также впечатляет, несмотря на то что корабль используется на относительном мелководье. В ходе испытаний JOIDES Resolution, которые начались в конце зимы 2017 года в Южно-Китайском море, планируется пробурить четыре скважины глубиной от 882 до 1670 метров на глубине от 2,8 до почти 4 километров. 

Тем не менее в 2018 году, как изначально надеялись участники проекта, бурение начать уже не удастся. Техника до сих пор требует доработки. В ходе предстоящих работ на Гавайских островах исследователи будут уточнять толщину коры и другие данные о регионе, чтобы уменьшить риск неудачи и понять, чего не хватает имеющейся аппаратуре. По словам Абэ, активная фаза проекта — бурение скважины — начнётся не позже 2030 года.